国内外研究现状和发展动态
水体富营养化及其防治是当今世界普遍关注的热点与难点问题,其带来的直接危害就是藻类水华的产生,会对水生动物的正常生长繁殖产生不利影响。藻类在代谢过程中或藻体破裂后会释放藻毒素,目前已研究证实的毒藻种有铜绿微囊藻、鱼腥藻、颤藻等,其中最易形成水华、影响范围最广、毒性最强的是蓝藻门藻类[1]。段玮娟[2]研究表明湘江长沙段水源水高藻期以硅藻、绿藻和隐藻为主,所占藻类总数量的比例为90.3%左右。1990年以来太湖几乎年年出现蓝藻暴发,水体异常腥臭,导致无锡市和昆山市自来水厂85%的供水量受到威胁[3,4]。针对当前普遍性的富营养化问题,控制有害藻类的生长繁殖,成为水环境治理急需解决的首要问题。
现有除藻方法包括化学除藻法、生物除藻法、物理除藻法等[1,2,5-8]。化学除藻法是利用化学药剂来对藻类进行杀除,其特点是工艺简单、操作方便及效果明显,然而伴随着化学除藻剂的使用,除藻剂本身对水体带来的污染以及除藻过程中可能导致的藻毒素大量产生和释放,从而可能对水环境造成二次污染。生物除藻法是利用培育的生物或培养、接种的生物的生命活动,对水中污染物进行转化、降解及转移,从而使水体环境健康得到恢复的一种方法。生物除藻法是一种环境友好除藻方法,不会造成二次污染,但其整个系统容易受到外界环境的影响和人为的破坏,同时有可能造成物种入侵。物理除藻包括微滤机法、气浮法、直接过滤法、大梯度磁滤器法和活性炭吸附法等。物理除藻法不会造成二次污染和物种入侵,但存在技术成本高、操作环境差、除藻效率低等问题。上述处理方法各有利弊,有必要对现有方法进行联合使用并加以改进优化。
通常对水生态系统和人类健康生活造成严重危害的有毒蓝绿藻水华暴发迅速,涉及水域面积广,需要高效的除藻抑藻技术进行控制。化学氧化除藻和超声除藻是近年来诸多除藻方法中短期内效果最好的热点技术,两类方法基于不同的原理灭活藻细胞从而控制藻类暴发,但藻类在凋亡的过程中会伴随有藻源性内毒素的释放,给水质安全和生态系统带来了巨大的威胁[8,9]。一方面,灭活富营养化水体藻类的技术应严格控制胞内藻毒素的释放程度[10],另一方面,应对死亡藻细胞进行收集处理[11]。最新研究表明[7,10-12]利用磁分离技术能迅速捕获并从水中分离出藻细胞,同时将太阳能转化为电能储存于蓄电池中供浮游式除藻设备运行使用,可实现“零”运行成本。因此,如何在实际应用中将物理和化学除藻方法联合利用并加以改进,开发出节能、高效、低耗和适用面广的组合新工艺,是未来除藻技术的主要研究发展方向。
本项目将以基于铁锰氧化物的微纳磁捕除藻技术的原理分析和效能研究为基础,拟将太阳能发电装置、微纳磁捕除藻系统和浮游装置集成优化,明确组合小试装置的最佳工况参数,同时实现除藻、抑藻和藻水分离的功能。本项目的成功实施,将对水体藻污染治理具有重要的实际应用价值,并且太阳能浮游式微纳磁捕除藻小试装置将化学氧化除藻技术和藻细胞磁分离技术进行有效结合,能量自给,二次污染低,易于推广。
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